Winsock 的I/O操作：
1、 兩種I/O模式
阻塞模式：執行I/O操作完成前會一直進行等待，不會將控制權交給程序。套接字 默認為阻塞模式?？梢酝ㄟ^多線程技術進行處理。
非阻塞模式：執行I/O操作時，Winsock函數會返回并交出控制權。這種模式使用 起來比較復雜，因為函數在沒有運行完成就進行返回，會不斷地返回 WSAEWOULDBLOCK錯誤。但功能強大。
為了解決這個問題，提出了進行I/O操作的一些I/O模型,下面介紹最常見的三種：
Windows Socket五種I/O模型——代碼全攻略
如 果你想在Windows平臺上構建服務器應用，那么I/O模型是你必須考慮的。Windows操作系統提供了選擇（Select）、異步選擇 （WSAAsyncSelect）、事件選擇（WSAEventSelect）、重疊I/O（Overlapped I/O）和完成端口 （Completion Port)共五種I/O模型。每一種模型均適用于一種特定的應用場景。程序員應該對自己的應用需求非常明確，而且綜合考慮到程序 的擴展性和可移植性等因素，作出自己的選擇。
我會以一個回應反射式服務器（與《Windows網絡編程》第八章一樣）來介紹這五種I/O模型。
我們假設客戶端的代碼如下（為代碼直觀，省去所有錯誤檢查，以下同）：
#include <WINSOCK2.H>
#include <stdio.h>
#define SERVER_ADDRESS "137.117.2.148"
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sClient;
SOCKADDR_IN server;
char szMessage[MSGSIZE];
int ret;
// Initialize Windows socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create client socket
sClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Connect to server
memset(&server, 0, sizeof(SOCKADDR_IN));
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(SERVER_ADDRESS);
server.sin_port = htons(PORT);
connect(sClient, (struct sockaddr *)&server, sizeof(SOCKADDR_IN));
while (TRUE)
{
printf("Send:");
gets(szMessage);
// Send message
send(sClient, szMessage, strlen(szMessage), 0);
// Receive message
ret = recv(sClient, szMessage, MSGSIZE, 0);
szMessage[ret] = '\0';
printf("Received [%d bytes]: '%s'\n", ret, szMessage);
}
// Clean up
closesocket(sClient);
WSACleanup();
return 0;
}
客戶端所做的事情相當簡單，創建套接字，連接服務器，然后不停的發送和接收數據。
比 較容易想到的一種服務器模型就是采用一個主線程，負責監聽客戶端的連接請求，當接收到某個客戶端的連接請求后，創建一個專門用于和該客戶端通信的套接字和 一個輔助線程。以后該客戶端和服務器的交互都在這個輔助線程內完成。這種方法比較直觀，程序非常簡單而且可移植性好，但是不能利用平臺相關的特性。例如， 如果連接數增多的時候（成千上萬的連接），那么線程數成倍增長，操作系統忙于頻繁的線程間切換，而且大部分線程在其生命周期內都是處于非活動狀態的，這大 大浪費了系統的資源。所以，如果你已經知道你的代碼只會運行在Windows平臺上，建議采用Winsock I/O模型。
一.選擇模型
Select（選 擇）模型是Winsock中最常見的I/O模型。之所以稱其為“Select模型”，是由于它的“中心思想”便是利用select函數，實現對I/O的管 理。最初設計該模型時，主要面向的是某些使用UNIX操作系統的計算機，它們采用的是Berkeley套接字方案。Select模型已集成到 Winsock 1.1中，它使那些想避免在套接字調用過程中被無辜“鎖定”的應用程序，采取一種有序的方式，同時進行對多個套接字的管理。由于 Winsock 1.1向后兼容于Berkeley套接字實施方案，所以假如有一個Berkeley套接字應用使用了select函數，那么從理論角度 講，毋需對其進行任何修改，便可正常運行。（節選自《Windows網絡編程》第八章)
下面的這段程序就是利用選擇模型實現的Echo服務器的代碼（已經不能再精簡了）：
#include <winsock.h>
#include <stdio.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
int g_iTotalConn = 0;
SOCKET g_CliSocketArr[FD_SETSIZE];
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParameter);
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sListen, sClient;
SOCKADDR_IN local, client;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
DWORD dwThreadId;
// Initialize Windows socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
// Listen
listen(sListen, 3);
// Create worker thread
CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);
while (TRUE)
{
// Accept a connection
sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
printf("Accepted client:%s:%d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
// Add socket to g_CliSocketArr
g_CliSocketArr[g_iTotalConn++] = sClient;
}
return 0;
}
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam)
{
int i;
fd_set fdread;
int ret;
struct timeval tv = {1, 0};
char szMessage[MSGSIZE];
while (TRUE)
{
FD_ZERO(&fdread);
for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)
{
FD_SET(g_CliSocketArr, &fdread);
}
// We only care read event
ret = select(0, &fdread, NULL, NULL, &tv);
if (ret == 0)
{
// Time expired
continue;
}
for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)
{
if (FD_ISSET(g_CliSocketArr, &fdread))
{
// A read event happened on g_CliSocketArr
ret = recv(g_CliSocketArr, szMessage, MSGSIZE, 0);
if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))
{
// Client socket closed
printf("Client socket %d closed.\n", g_CliSocketArr);
closesocket(g_CliSocketArr);
if (i < g_iTotalConn - 1)
{
g_CliSocketArr[i--] = g_CliSocketArr[--g_iTotalConn];
}
}
else
{
// We received a message from client
szMessage[ret] = '\0';
send(g_CliSocketArr, szMessage, strlen(szMessage), 0);
}
}
}
}
return 0;
}
服務器的幾個主要動作如下：
1.創建監聽套接字，綁定，監聽；
2.創建工作者線程；
3.創建一個套接字數組，用來存放當前所有活動的客戶端套接字，每accept一個連接就更新一次數組；
4. 接受客戶端的連接。這里有一點需要注意的，就是我沒有重新定義FD_SETSIZE宏，所以服務器最多支持的并發連接數為64。而且，這里決不能無條件的 accept,服務器應該根據當前的連接數來決定是否接受來自某個客戶端的連接。一種比較好的實現方案就是采用WSAAccept函數，而且讓 WSAAccept回調自己實現的Condition Function。如下所示：
int CALLBACK ConditionFunc(LPWSABUF lpCallerId,LPWSABUF lpCallerData, LPQOS lpSQOS,LPQOS lpGQOS,LPWSABUF lpCalleeId,
LPWSABUF lpCalleeData,GROUP FAR * g,DWORD dwCallbackData)
{
if (當前連接數 < FD_SETSIZE)
return CF_ACCEPT;
else
return CF_REJECT;
}
工作者線程里面是一個死循環，一次循環完成的動作是：
1.將當前所有的客戶端套接字加入到讀集fdread中；
2.調用select函數；
3. 查看某個套接字是否仍然處于讀集中，如果是，則接收數據。如果接收的數據長度為0，或者發生WSAECONNRESET錯誤，則表示客戶端套接字主動關 閉，這時需要將服務器中對應的套接字所綁定的資源釋放掉，然后調整我們的套接字數組（將數組中最后一個套接字挪到當前的位置上）
除了需要有條件接受客戶端的連接外，還需要在連接數為0的情形下做特殊處理，因為如果讀集中沒有任何套接字，select函數會立刻返回，這將導致工作者線程成為一個毫無停頓的死循環，CPU的占用率馬上達到100%。
關 系到套接字列表的操作都需要使用循環,在輪詢的時候,需要遍歷一次,再新的一輪開始時,將列表加入隊列又需要遍歷一次.也就是說,Select在工作一次 時,需要至少遍歷2次列表,這是它效率較低的原因之一.在大規模的網絡連接方面,還是推薦使用IOCP或EPOLL模型.但是Select模型可以使用在 諸如對戰類游戲上,比如類似星際這種,因為它小巧易于實現,而且對戰類游戲的網絡連接量并不大.
對于Select模型想要突破 Windows 64個限制的話,可以采取分段輪詢,一次輪詢64個.例如套接字列表為128個,在第一次輪詢時,將前64個放入隊列中用Select進 行狀態查詢,待本次操作全部結束后.將后64個再加入輪詢隊列中進行輪詢處理.這樣處理需要在非阻塞式下工作.以此類推,Select也能支持無限多個.
二.異步選擇
Winsock 提供了一個有用的異步I/O模型。利用這個模型，應用程序可在一個套接字上，接收以Windows消息為基礎的網絡事件通知。具體的做法是在建好一個套接 字后，調用WSAAsyncSelect函數。該模型最早出現于Winsock的1.1版本中，用于幫助應用程序開發者面向一些早期的16位 Windows平臺（如Windows for Workgroups），適應其“落后”的多任務消息環境。應用程序仍可從這種模型中得到好處，特別是它 們用一個標準的Windows例程（常稱為"WndProc"），對窗口消息進行管理的時候。該模型亦得到了 Microsoft Foundation Class（微軟基本類，MFC）對象CSocket的采納。（節選自《Windows網絡編程》第八章)
我還是先貼出代碼，然后做詳細解釋：
#include <winsock.h>
#include <tchar.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#define WM_SOCKET WM_USER+0
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, PSTR szCmdLine, int iCmdShow)
{
static TCHAR szAppName[] = _T("AsyncSelect Model");
HWND hwnd ;
MSG msg ;
WNDCLASS wndclass ;
wndclass.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW ;
wndclass.lpfnWndProc = WndProc ;
wndclass.cbClsExtra = 0 ;
wndclass.cbWndExtra = 0 ;
wndclass.hInstance = hInstance ;
wndclass.hIcon = LoadIcon (NULL, IDI_APPLICATION) ;
wndclass.hCursor = LoadCursor (NULL, IDC_ARROW) ;
wndclass.hbrBackground = (HBRUSH) GetStockObject (WHITE_BRUSH) ;
wndclass.lpszMenuName = NULL ;
wndclass.lpszClassName = szAppName ;
if (!RegisterClass(&wndclass))
{
MessageBox (NULL, TEXT ("This program requires Windows NT!"), szAppName, MB_ICONERROR) ;
return 0 ;
}
hwnd = CreateWindow (szAppName, // window class name
TEXT ("AsyncSelect Model"), // window caption
WS_OVERLAPPEDWINDOW, // window style
CW_USEDEFAULT, // initial x position
CW_USEDEFAULT, // initial y position
CW_USEDEFAULT, // initial x size
CW_USEDEFAULT, // initial y size
NULL, // parent window handle
NULL, // window menu handle
hInstance, // program instance handle
NULL) ; // creation parameters
ShowWindow(hwnd, iCmdShow);
UpdateWindow(hwnd);
while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
{
TranslateMessage(&msg) ;
DispatchMessage(&msg) ;
}
return msg.wParam;
}
LRESULT CALLBACK WndProc (HWND hwnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
WSADATA wsd;
static SOCKET sListen;
SOCKET sClient;
SOCKADDR_IN local, client;
int ret, iAddrSize = sizeof(client);
char szMessage[MSGSIZE];
switch (message)
{
case WM_CREATE:
// Initialize Windows Socket library
WSAStartup(0x0202, &wsd);
// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));
// Listen
listen(sListen, 3);
// Associate listening socket with FD_ACCEPT event
WSAAsyncSelect(sListen, hwnd, WM_SOCKET, FD_ACCEPT);
return 0;
case WM_DESTROY:
closesocket(sListen);
WSACleanup();
PostQuitMessage(0);
return 0;
case WM_SOCKET:
if (WSAGETSELECTERROR(lParam))
{
closesocket(wParam);
break;
}
switch (WSAGETSELECTEVENT(lParam))
{
case FD_ACCEPT:
// Accept a connection from client
sClient = accept(wParam, (struct sockaddr *)&client, &iAddrSize);
// Associate client socket with FD_READ and FD_CLOSE event
WSAAsyncSelect(sClient, hwnd, WM_SOCKET, FD_READ | FD_CLOSE);
break;
case FD_READ:
ret = recv(wParam, szMessage, MSGSIZE, 0);
if (ret == 0 || ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET)
{
closesocket(wParam);
}
else
{
szMessage[ret] = '\0';
send(wParam, szMessage, strlen(szMessage), 0);
}
break;
case FD_CLOSE:
closesocket(wParam);
break;
}
return 0;
}
return DefWindowProc(hwnd, message, wParam, lParam);
}
在我看來，WSAAsyncSelect是最簡單的一種Winsock I/O模型（之所以說它簡單是因為一個主線程就搞定了）。使用Raw Windows API寫過窗口類應用程序的人應該都能看得懂。這里，我們需要做的僅僅是：
1.在WM_CREATE消息處理函數中，初始化Windows Socket library，創建監聽套接字，綁定，監聽，并且調用WSAAsyncSelect函數表示我們關心在監聽套接字上發生的FD_ACCEPT事件；
2.自定義一個消息WM_SOCKET，一旦在我們所關心的套接字（監聽套接字和客戶端套接字）上發生了某個事件，系統就會調用WndProc并且message參數被設置為WM_SOCKET；
3.在WM_SOCKET的消息處理函數中，分別對FD_ACCEPT、FD_READ和FD_CLOSE事件進行處理；
4.在窗口銷毀消息(WM_DESTROY)的處理函數中，我們關閉監聽套接字，清除Windows Socket library
下面這張用于WSAAsyncSelect函數的網絡事件類型表可以讓你對各個網絡事件有更清楚的認識：
表1
FD_READ 應用程序想要接收有關是否可讀的通知，以便讀入數據
FD_WRITE 應用程序想要接收有關是否可寫的通知，以便寫入數據
FD_OOB 應用程序想接收是否有帶外（OOB）數據抵達的通知
FD_ACCEPT 應用程序想接收與進入連接有關的通知
FD_CONNECT 應用程序想接收與一次連接或者多點join操作完成的通知
FD_CLOSE 應用程序想接收與套接字關閉有關的通知
FD_QOS 應用程序想接收套接字“服務質量”（QoS）發生更改的通知
FD_GROUP_QOS 應用程序想接收套接字組“服務質量”發生更改的通知（現在沒什么用處，為未來套接字組的使用保留）
FD_ROUTING_INTERFACE_CHANGE 應用程序想接收在指定的方向上，與路由接口發生變化的通知
FD_ADDRESS_LIST_CHANGE 應用程序想接收針對套接字的協議家族，本地地址列表發生變化的通知
三.事件選擇
Winsock 提供了另一個有用的異步I/O模型。和WSAAsyncSelect模型類似的是，它也允許應用程序在一個或多個套接字上，接收以事件為基礎的網絡事件通 知。對于表1總結的、由WSAAsyncSelect模型采用的網絡事件來說，它們均可原封不動地移植到新模型。在用新模型開發的應用程序中，也能接收和 處理所有那些事件。該模型最主要的差別在于網絡事件會投遞至一個事件對象句柄，而非投遞至一個窗口例程。（節選自《Windows網絡編程》第八章)
還是讓我們先看代碼然后進行分析：
#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
int g_iTotalConn = 0;
SOCKET g_CliSocketArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];
WSAEVENT g_CliEventArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);
void Cleanup(int index);
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sListen, sClient;
SOCKADDR_IN local, client;
DWORD dwThreadId;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
// Initialize Windows Socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
// Listen
listen(sListen, 3);
// Create worker thread
CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);
while (TRUE)
{
// Accept a connection
sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
printf("Accepted client:%s:%d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
// Associate socket with network event
g_CliSocketArr[g_iTotalConn] = sClient;
g_CliEventArr[g_iTotalConn] = WSACreateEvent();
WSAEventSelect(g_CliSocketArr[g_iTotalConn],
g_CliEventArr[g_iTotalConn],
FD_READ | FD_CLOSE);
g_iTotalConn++;
}
}
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam)
{
int ret, index;
WSANETWORKEVENTS NetworkEvents;
char szMessage[MSGSIZE];
while (TRUE)
{
ret = WSAWaitForMultipleEvents(g_iTotalConn, g_CliEventArr, FALSE, 1000, FALSE);
if (ret == WSA_WAIT_FAILED || ret == WSA_WAIT_TIMEOUT)
{
continue;
}
index = ret - WSA_WAIT_EVENT_0;
WSAEnumNetworkEvents(g_CliSocketArr[index], g_CliEventArr[index], &NetworkEvents);
if (NetworkEvents.lNetworkEvents & FD_READ)
{
// Receive message from client
ret = recv(g_CliSocketArr[index], szMessage, MSGSIZE, 0);
if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))
{
Cleanup(index);
}
else
{
szMessage[ret] = '\0';
send(g_CliSocketArr[index], szMessage, strlen(szMessage), 0);
}
}
if (NetworkEvents.lNetworkEvents & FD_CLOSE)
{
Cleanup(index);
}
}
return 0;
}
void Cleanup(int index)
{
closesocket(g_CliSocketArr[index]);
WSACloseEvent(g_CliEventArr[index]);
if (index < g_iTotalConn - 1)
{
g_CliSocketArr[index] = g_CliSocketArr[g_iTotalConn - 1];
g_CliEventArr[index] = g_CliEventArr[g_iTotalConn - 1];
}
g_iTotalConn--;
}
事 件選擇模型也比較簡單，實現起來也不是太復雜，它的基本思想是將每個套接字都和一個WSAEVENT對象對應起來，并且在關聯的時候指定需要關注的哪些網 絡事件。一旦在某個套接字上發生了我們關注的事件（FD_READ和FD_CLOSE），與之相關聯的WSAEVENT對象被Signaled。程序定義 了兩個全局數組，一個套接字數組，一個WSAEVENT對象數組，其大小都是MAXIMUM_WAIT_OBJECTS（64），兩個數組中的元素一一對 應。
同樣的，這里的程序沒有考慮兩個問題，一是不能無條件的調用accept，因為我們支持的并發連接數有限。解決方法是將套接字按 MAXIMUM_WAIT_OBJECTS分組，每MAXIMUM_WAIT_OBJECTS個套接字一組，每一組分配一個工作者線程；或者采用 WSAAccept代替accept，并回調自己定義的Condition Function。第二個問題是沒有對連接數為0的情形做特殊處理，程序在連 接數為0的時候CPU占用率為100%。
四.重疊I/O模型
Winsock2的發布使得Socket I/O有了和文件I/O統 一的接口。我們可以通過使用Win32文件操縱函數ReadFile和WriteFile來進行Socket I/O。伴隨而來的，用于普通文件I/O的 重疊I/O模型和完成端口模型對Socket I/O也適用了。這些模型的優點是可以達到更佳的系統性能，但是實現較為復雜，里面涉及較多的C語言技巧。 例如我們在完成端口模型中會經常用到所謂的“尾隨數據”。
1.用事件通知方式實現的重疊I/O模型
#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
typedef struct
{
WSAOVERLAPPED overlap;
WSABUF Buffer;
char szMessage[MSGSIZE];
DWORD NumberOfBytesRecvd;
DWORD Flags;
}PER_IO_OPERATION_DATA, *LPPER_IO_OPERATION_DATA;
int g_iTotalConn = 0;
SOCKET g_CliSocketArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];
WSAEVENT g_CliEventArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];
LPPER_IO_OPERATION_DATA g_pPerIODataArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);
void Cleanup(int);
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sListen, sClient;
SOCKADDR_IN local, client;
DWORD dwThreadId;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
// Initialize Windows Socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
// Listen
listen(sListen, 3);
// Create worker thread
CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);
while (TRUE)
{
// Accept a connection
sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
printf("Accepted client:%s:%d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
g_CliSocketArr[g_iTotalConn] = sClient;
// Allocate a PER_IO_OPERATION_DATA structure
g_pPerIODataArr[g_iTotalConn] = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)HeapAlloc(
GetProcessHeap(),
HEAP_ZERO_MEMORY,
sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));
g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Buffer.len = MSGSIZE;
g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Buffer.buf = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->szMessage;
g_CliEventArr[g_iTotalConn] = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->overlap.hEvent = WSACreateEvent();
// Launch an asynchronous operation
WSARecv(
g_CliSocketArr[g_iTotalConn],
&g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Buffer,
1,
&g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->NumberOfBytesRecvd,
&g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Flags,
&g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->overlap,
NULL);
g_iTotalConn++;
}
closesocket(sListen);
WSACleanup();
return 0;
}
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam)
{
int ret, index;
DWORD cbTransferred;
while (TRUE)
{
ret = WSAWaitForMultipleEvents(g_iTotalConn, g_CliEventArr, FALSE, 1000, FALSE);
if (ret == WSA_WAIT_FAILED || ret == WSA_WAIT_TIMEOUT)
{
continue;
}
index = ret - WSA_WAIT_EVENT_0;
WSAResetEvent(g_CliEventArr[index]);
WSAGetOverlappedResult(
g_CliSocketArr[index],
&g_pPerIODataArr[index]->overlap,
&cbTransferred,
TRUE,
&g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Flags);
if (cbTransferred == 0)
{
// The connection was closed by client
Cleanup(index);
}
else
{
// g_pPerIODataArr[index]->szMessage contains the received data
g_pPerIODataArr[index]->szMessage[cbTransferred] = '\0';
send(g_CliSocketArr[index], g_pPerIODataArr[index]->szMessage,\
cbTransferred, 0);
// Launch another asynchronous operation
WSARecv(
g_CliSocketArr[index],
&g_pPerIODataArr[index]->Buffer,
1,
&g_pPerIODataArr[index]->NumberOfBytesRecvd,
&g_pPerIODataArr[index]->Flags,
&g_pPerIODataArr[index]->overlap,
NULL);
}
}
return 0;
}
void Cleanup(int index)
{
closesocket(g_CliSocketArr[index]);
WSACloseEvent(g_CliEventArr[index]);
HeapFree(GetProcessHeap(), 0, g_pPerIODataArr[index]);
if (index < g_iTotalConn - 1)
{
g_CliSocketArr[index] = g_CliSocketArr[g_iTotalConn - 1];
g_CliEventArr[index] = g_CliEventArr[g_iTotalConn - 1];
g_pPerIODataArr[index] = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn - 1];
}
g_pPerIODataArr[--g_iTotalConn] = NULL;
}
這 個模型與上述其他模型不同的是它使用Winsock2提供的異步I/O函數WSARecv。在調用WSARecv時，指定一個WSAOVERLAPPED 結構，這個調用不是阻塞的，也就是說，它會立刻返回。一旦有數據到達的時候，被指定的WSAOVERLAPPED結構中的hEvent被 Signaled。由于下面這個語句
g_CliEventArr[g_iTotalConn] = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->overlap.hEvent；
使 得與該套接字相關聯的WSAEVENT對象也被Signaled，所以WSAWaitForMultipleEvents的調用操作成功返回。我們現在應 該做的就是用與調用WSARecv相同的WSAOVERLAPPED結構為參數調用WSAGetOverlappedResult，從而得到本次I/O傳 送的字節數等相關信息。在取得接收的數據后，把數據原封不動的發送到客戶端，然后重新激活一個WSARecv異步操作。
2.用完成例程方式實現的重疊I/O模型
#include <WINSOCK2.H>
#include <stdio.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
typedef struct
{
WSAOVERLAPPED overlap;
WSABUF Buffer;
char szMessage[MSGSIZE];
DWORD NumberOfBytesRecvd;
DWORD Flags;
SOCKET sClient;
}PER_IO_OPERATION_DATA, *LPPER_IO_OPERATION_DATA;
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);
void CALLBACK CompletionROUTINE(DWORD, DWORD, LPWSAOVERLAPPED, DWORD);
SOCKET g_sNewClientConnection;
BOOL g_bNewConnectionArrived = FALSE;
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sListen;
SOCKADDR_IN local, client;
DWORD dwThreadId;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
// Initialize Windows Socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
// Listen
listen(sListen, 3);
// Create worker thread
CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);
while (TRUE)
{
// Accept a connection
g_sNewClientConnection = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
g_bNewConnectionArrived = TRUE;
printf("Accepted client:%s:%d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
}
}
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam)
{
LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = NULL;
while (TRUE)
{
if (g_bNewConnectionArrived)
{
// Launch an asynchronous operation for new arrived connection
lpPerIOData = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)HeapAlloc(
GetProcessHeap(),
HEAP_ZERO_MEMORY,
sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));
lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;
lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;
lpPerIOData->sClient = g_sNewClientConnection;
WSARecv(lpPerIOData->sClient,
&lpPerIOData->Buffer,
1,
&lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,
&lpPerIOData->Flags,
&lpPerIOData->overlap,
CompletionROUTINE);
g_bNewConnectionArrived = FALSE;
}
SleepEx(1000, TRUE);
}
return 0;
}
void CALLBACK CompletionROUTINE(DWORD dwError,
DWORD cbTransferred,
LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,
DWORD dwFlags)
{
LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)lpOverlapped;
if (dwError != 0 || cbTransferred == 0)
{
// Connection was closed by client
closesocket(lpPerIOData->sClient);
HeapFree(GetProcessHeap(), 0, lpPerIOData);
}
else
{
lpPerIOData->szMessage[cbTransferred] = '\0';
send(lpPerIOData->sClient, lpPerIOData->szMessage, cbTransferred, 0);
// Launch another asynchronous operation
memset(&lpPerIOData->overlap, 0, sizeof(WSAOVERLAPPED));
lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;
lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;
WSARecv(lpPerIOData->sClient,
&lpPerIOData->Buffer,
1,
&lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,
&lpPerIOData->Flags,
&lpPerIOData->overlap,
CompletionROUTINE);
}
}
用 完成例程來實現重疊I/O比用事件通知簡單得多。在這個模型中，主線程只用不停的接受連接即可；輔助線程判斷有沒有新的客戶端連接被建立，如果有，就為那 個客戶端套接字激活一個異步的WSARecv操作，然后調用SleepEx使線程處于一種可警告的等待狀態，以使得I/O完成后 CompletionROUTINE可以被內核調用。如果輔助線程不調用SleepEx，則內核在完成一次I/O操作后，無法調用完成例程（因為完成例程 的運行應該和當初激活WSARecv異步操作的代碼在同一個線程之內）。
完成例程內的實現代碼比較簡單，它取出接收到的數據，然后將數據原封不動 的發送給客戶端，最后重新激活另一個WSARecv異步操作。注意，在這里用到了“尾隨數據”。我們在調用WSARecv的時候，參數 lpOverlapped實際上指向一個比它大得多的結構PER_IO_OPERATION_DATA，這個結構除了WSAOVERLAPPED以外，還 被我們附加了緩沖區的結構信息，另外還包括客戶端套接字等重要的信息。這樣，在完成例程中通過參數lpOverlapped拿到的不僅僅是 WSAOVERLAPPED結構，還有后邊尾隨的包含客戶端套接字和接收數據緩沖區等重要信息。這樣的C語言技巧在我后面介紹完成端口的時候還會使用到。
五.完成端口模型
“完 成端口”模型是迄今為止最為復雜的一種I/O模型。然而，假若一個應用程序同時需要管理為數眾多的套接字，那么采用這種模型，往往可以達到最佳的系統性 能！但不幸的是，該模型只適用于Windows NT和Windows 2000操作系統。因其設計的復雜性，只有在你的應用程序需要同時管理數百乃至上 千個套接字的時候，而且希望隨著系統內安裝的CPU數量的增多，應用程序的性能也可以線性提升，才應考慮采用“完成端口”模型。要記住的一個基本準則是， 假如要為Windows NT或Windows 2000開發高性能的服務器應用，同時希望為大量套接字I/O請求提供服務（Web服務器便是這方面的典 型例子），那么I/O完成端口模型便是最佳選擇?。ü澾x自《Windows網絡編程》第八章）
完成端口模型是我最喜愛的一種模型。雖然其實現比較 復雜（其實我覺得它的實現比用事件通知實現的重疊I/O簡單多了），但其效率是驚人的。我在T公司的時候曾經幫同事寫過一個郵件服務器的性能測試程序，用 的就是完成端口模型。結果表明，完成端口模型在多連接（成千上萬）的情況下，僅僅依靠一兩個輔助線程，就可以達到非常高的吞吐量。下面我還是從代碼說起：
#include <WINSOCK2.H>
#include <stdio.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
typedef enum
{
RECV_POSTED
}OPERATION_TYPE;
typedef struct
{
WSAOVERLAPPED overlap;
WSABUF Buffer;
char szMessage[MSGSIZE];
DWORD NumberOfBytesRecvd;
DWORD Flags;
OPERATION_TYPE OperationType;
}PER_IO_OPERATION_DATA, *LPPER_IO_OPERATION_DATA;
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sListen, sClient;
SOCKADDR_IN local, client;
DWORD i, dwThreadId;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
HANDLE CompletionPort = INVALID_HANDLE_VALUE;
SYSTEM_INFO systeminfo;
LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = NULL;
// Initialize Windows Socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create completion port
CompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);
// Create worker thread
GetSystemInfo(&systeminfo);
for (i = 0; i < systeminfo.dwNumberOfProcessors; i++)
{
CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, CompletionPort, 0, &dwThreadId);
}
// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
// Listen
listen(sListen, 3);
while (TRUE)
{
// Accept a connection
sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
printf("Accepted client:%s:%d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
// Associate the newly arrived client socket with completion port
CreateIoCompletionPort((HANDLE)sClient, CompletionPort, (DWORD)sClient, 0);
// Launch an asynchronous operation for new arrived connection
lpPerIOData = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)HeapAlloc(
GetProcessHeap(),
HEAP_ZERO_MEMORY,
sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));
lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;
lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;
lpPerIOData->OperationType = RECV_POSTED;
WSARecv(sClient,
&lpPerIOData->Buffer,
1,
&lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,
&lpPerIOData->Flags,
&lpPerIOData->overlap,
NULL);
}
PostQueuedCompletionStatus(CompletionPort, 0xFFFFFFFF, 0, NULL);
CloseHandle(CompletionPort);
closesocket(sListen);
WSACleanup();
return 0;
}
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID CompletionPortID)
{
HANDLE CompletionPort=(HANDLE)CompletionPortID;
DWORD dwBytesTransferred;
SOCKET sClient;
LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = NULL;
while (TRUE)
{
GetQueuedCompletionStatus(
CompletionPort,
&dwBytesTransferred,
&sClient,
(LPOVERLAPPED *)&lpPerIOData,
INFINITE);
if (dwBytesTransferred == 0xFFFFFFFF)
{
return 0;
}
if (lpPerIOData->OperationType == RECV_POSTED)
{
if (dwBytesTransferred == 0)
{
// Connection was closed by client
closesocket(sClient);
HeapFree(GetProcessHeap(), 0, lpPerIOData);
}
else
{
lpPerIOData->szMessage[dwBytesTransferred] = '\0';
send(sClient, lpPerIOData->szMessage, dwBytesTransferred, 0);
// Launch another asynchronous operation for sClient
memset(lpPerIOData, 0, sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));
lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;
lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;
lpPerIOData->OperationType = RECV_POSTED;
WSARecv(sClient,
&lpPerIOData->Buffer,
1,
&lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,
&lpPerIOData->Flags,
&lpPerIOData->overlap,
NULL);
}
}
}
return 0;
}
首先，說說主線程：
1.創建完成端口對象
2.創建工作者線程（這里工作者線程的數量是按照CPU的個數來決定的，這樣可以達到最佳性能）
3.創建監聽套接字，綁定，監聽，然后程序進入循環
4.在循環中，我做了以下幾件事情：
(1).接受一個客戶端連接
(2). 將該客戶端套接字與完成端口綁定到一起(還是調用CreateIoCompletionPort，但這次的作用不同)，注意，按道理來講，此時傳遞給 CreateIoCompletionPort的第三個參數應該是一個完成鍵，一般來講，程序都是傳遞一個單句柄數據結構的地址，該單句柄數據包含了和該 客戶端連接有關的信息，由于我們只關心套接字句柄，所以直接將套接字句柄作為完成鍵傳遞；
(3).觸發一個WSARecv異步調用，這次又用到了“尾隨數據”，使接收數據所用的緩沖區緊跟在WSAOVERLAPPED對象之后，此外，還有操作類型等重要信息。
在工作者線程的循環中，我們
1.調用GetQueuedCompletionStatus取得本次I/O的相關信息（例如套接字句柄、傳送的字節數、單I/O數據結構的地址等等）
2.通過單I/O數據結構找到接收數據緩沖區，然后將數據原封不動的發送到客戶端
3.再次觸發一個WSARecv異步操作
六.五種I/O模型的比較
我會從以下幾個方面來進行比較
*有無每線程64連接數限制
如 果在選擇模型中沒有重新定義FD_SETSIZE宏，則每個fd_set默認可以裝下64個SOCKET。同樣的，受 MAXIMUM_WAIT_OBJECTS宏的影響，事件選擇、用事件通知實現的重疊I/O都有每線程最大64連接數限制。如果連接數成千上萬，則必須對 客戶端套接字進行分組，這樣，勢必增加程序的復雜度。
相反，異步選擇、用完成例程實現的重疊I/O和完成端口不受此限制。
*線程數
除了異步選擇以外，其他模型至少需要2個線程。一個主線程和一個輔助線程。同樣的，如果連接數大于64，則選擇模型、事件選擇和用事件通知實現的重??I/O的線程數還要增加。
*實現的復雜度
我的個人看法是，在實現難度上，異步選擇<選擇<用完成例程實現的重疊I/O<事件選擇<完成端口<用事件通知實現的重疊I/O
*性能
由 于選擇模型中每次都要重設讀集，在select函數返回后還要針對所有套接字進行逐一測試，我的感覺是效率比較差；完成端口和用完成例程實現的重疊I/O 基本上不涉及全局數據，效率應該是最高的，而且在多處理器情形下完成端口還要高一些；事件選擇和用事件通知實現的重疊I/O在實現機制上都是采用 WSAWaitForMultipleEvents，感覺效率差不多；至于異步選擇，不好比較。所以我的結論是:選擇<用事件通知實現的重疊 I/O<事件選擇<用完成例程實現的重疊I/O<完成端口
WinSock學習筆記
Socket（套接字）
◆先看定義：
typedef unsigned int u_int;
typedef u_int SOCKET;
◆Socket相當于進行網絡通信兩端的插座，只要對方的Socket和自己的Socket有通信聯接，雙方就可以發送和接收數據了。其定義類似于文件句柄的定義。
◆Socket有五種不同的類型：
1、流式套接字(stream socket)
定義：
#define SOCK_STREAM 1
流式套接字提供了雙向、有序的、無重復的以及無記錄邊界的數據流服務，適合處理大量數據。它是面向聯結的，必須建立數據傳輸鏈路，同時還必須對傳輸的數據進行驗證，確保數據的準確性。因此，系統開銷較大。
2、 數據報套接字(datagram socket)
定義：
#define SOCK_DGRAM 2
數據報套接字也支持雙向的數據流，但不保證傳輸數據的準確性，但保留了記錄邊界。由于數據報套接字是無聯接的，例如廣播時的聯接，所以并不保證接收端是否正在偵聽。數據報套接字傳輸效率比較高。
3、原始套接字(raw-protocol interface)
定義：
#define SOCK_RAW 3
原始套接字保存了數據包中的完整IP頭，前面兩種套接字只能收到用戶數據。因此可以通過原始套接字對數據進行分析。
其它兩種套接字不常用，這里就不介紹了。
◆Socket開發所必須需要的文件(以WinSock V2.0為例)：
頭文件：Winsock2.h
庫文件：WS2_32.LIB
動態庫：W32_32.DLL
一些重要的定義
1、數據類型的基本定義：這個大家一看就懂。
typedef unsigned char u_char;
typedef unsigned short u_short;
typedef unsigned int u_int;
typedef unsigned long u_long;
2、 網絡地址的數據結構，有一個老的和一個新的的，請大家留意，如果想知道為什么，
請發郵件給Bill Gate。其實就是計算機的IP地址，不過一般不用用點分開的IP地
址，當然也提供一些轉換函數。
◆ 舊的網絡地址結構的定義，為一個4字節的聯合：
struct in_addr
{
union
{
struct { u_char s_b1,s_b2,s_b3,s_b4; } S_un_b;
struct { u_short s_w1,s_w2; } S_un_w;
u_long S_addr;
} S_un;
#define s_addr S_un.S_addr /* can be used for most tcp & ip code */
//下面幾行省略,反正沒什么用處。
};
其實完全不用這么麻煩，請看下面:
◆ 新的網絡地址結構的定義：
非常簡單，就是一個無符號長整數 unsigned long。舉個例子：IP地址為127.0.0.1的網絡地址是什么呢？請看定義：
#define INADDR_LOOPBACK 0x7f000001
3、 套接字地址結構
(1)、sockaddr結構：
struct sockaddr {
u_short sa_family; /* address family */
char sa_data[14]; /* up to 14 bytes of direct address */
};
sa_family 為網絡地址類型，一般為AF_INET，表示該socket在Internet域中進行通信，該地址結構隨選擇的協議的不同而變化，因此一般情況下另一個 與該地址結構大小相同的sockaddr_in結構更為常用，sockaddr_in結構用來標識TCP/IP協議下的地址。換句話說，這個結構是通用 socket地址結構，而下面的sockaddr_in是專門針對Internet域的socket地址結構。
(2)、sockaddr_in結構
struct sockaddr_in {
short sin_family;
u_short sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};
sin _family 為網絡地址類型，必須設定為AF_INET。sin_port為服務端口，注意不要使用已固定的服務端口，如HTTP的端口80等。如果端口設置為0，則 系統會自動分配一個唯一端口。sin_addr為一個unsigned long的IP地址。sin_zero為填充字段，純粹用來保證結構的大小。
◆ 將常用的用點分開的IP地址轉換為unsigned long類型的IP地址的函數：
unsigned long inet_addr(const char FAR * cp )
用法：
unsigned long addr=inet_addr("192.1.8.84")
◆ 如果將sin_addr設置為INADDR_ANY，則表示所有的IP地址，也即所有的計算機。
#define INADDR_ANY (u_long)0x00000000
4、 主機地址：
先看定義：
struct hostent {
char FAR * h_name; /* official name of host */
char FAR * FAR * h_aliases; /* alias list */
short h_addrtype; /* host address type */
short h_length; /* length of address */
char FAR * FAR * h_addr_list; /* list of addresses */
#define h_addr h_addr_list[0] /* address, for backward compat */
};
h_name為主機名字。
h_aliases為主機別名列表。
h_addrtype為地址類型。
h_length為地址類型。
h_addr_list為IP地址，如果該主機有多個網卡，就包括地址的列表。
另外還有幾個類似的結構，這里就不一一介紹了。
5、 常見TCP/IP協議的定義：
#define IPPROTO_IP 0
#define IPPROTO_ICMP 1
#define IPPROTO_IGMP 2
#define IPPROTO_TCP 6
#define IPPROTO_UDP 17
#define IPPROTO_RAW 255
具體是什么協議，大家一看就知道了。
套接字的屬性
為了靈活使用套接字，我們可以對它的屬性進行設定。
1、 屬性內容：
//允許調試輸出
#define SO_DEBUG 0x0001 /* turn on debugging info recording */
//是否監聽模式
#define SO_ACCEPTCONN 0x0002 /* socket has had listen() */
//套接字與其他套接字的地址綁定
#define SO_REUSEADDR 0x0004 /* allow local address reuse */
//保持連接
#define SO_KEEPALIVE 0x0008 /* keep connections alive */
//不要路由出去
#define SO_DONTROUTE 0x0010 /* just use interface addresses */
//設置為廣播
#define SO_BROADCAST 0x0020 /* permit sending of broadcast msgs */
//使用環回不通過硬件
#define SO_USELOOPBACK 0x0040 /* bypass hardware when possible */
//當前拖延值
#define SO_LINGER 0x0080 /* linger on close if data present */
//是否加入帶外數據
#define SO_OOBINLINE 0x0100 /* leave received OOB data in line */
//禁用LINGER選項
#define SO_DONTLINGER (int)(~SO_LINGER)
//發送緩沖區長度
#define SO_SNDBUF 0x1001 /* send buffer size */
//接收緩沖區長度
#define SO_RCVBUF 0x1002 /* receive buffer size */
//發送超時時間
#define SO_SNDTIMEO 0x1005 /* send timeout */
//接收超時時間
#define SO_RCVTIMEO 0x1006 /* receive timeout */
//錯誤狀態
#define SO_ERROR 0x1007 /* get error status and clear */
//套接字類型
#define SO_TYPE 0x1008 /* get socket type */
2、 讀取socket屬性：
int getsockopt(SOCKET s, int level, int optname, char FAR * optval, int FAR * optlen)
s為欲讀取屬性的套接字。level為套接字選項的級別，大多數是特定協議和套接字專有的。如IP協議應為 IPPROTO_IP。
optname為讀取選項的名稱
optval為存放選項值的緩沖區指針。
optlen為緩沖區的長度
用法：
int ttl=0; //讀取TTL值
int rc = getsockopt( s, IPPROTO_IP, IP_TTL, (char *)&ttl, sizeof(ttl));
//來自MS platform SDK 2003
3、 設置socket屬性：
int setsockopt(SOCKET s,int level, int optname,const char FAR * optval, int optlen)
s為欲設置屬性的套接字。
level為套接字選項的級別，用法同上。
optname為設置選項的名稱
optval為存放選項值的緩沖區指針。
optlen為緩沖區的長度
用法：
int ttl=32; //設置TTL值
int rc = setsockopt( s, IPPROTO_IP, IP_TTL, (char *)&ttl, sizeof(ttl));
套接字的使用步驟
1、啟動Winsock：對Winsock DLL進行初始化，協商Winsock的版本支持并分配必要的
資源。（服務器端和客戶端）
int WSAStartup( WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData )
wVersionRequested為打算加載Winsock的版本，一般如下設置：
wVersionRequested=MAKEWORD(2,0)
或者直接賦值：wVersionRequested=2
LPWSADATA為初始化Socket后加載的版本的信息,定義如下：
typedef struct WSAData {
WORD wVersion;
WORD wHighVersion;
char szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];
char szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];
unsigned short iMaxSockets;
unsigned short iMaxUdpDg;
char FAR * lpVendorInfo;
} WSADATA, FAR * LPWSADATA;
如果加載成功后數據為：
wVersion＝2 表示加載版本為2.0。
wHighVersion＝514 表示當前系統支持socket最高版本為2.2。
szDescription="WinSock 2.0"
szSystemStatus="Running" 表示正在運行。
iMaxSockets＝0 表示同時打開的socket最大數，為0表示沒有限制。
iMaxUdpDg＝0 表示同時打開的數據報最大數，為0表示沒有限制。
lpVendorInfo 沒有使用，為廠商指定信息預留。
該函數使用方法：
WORD wVersion=MAKEWORD(2,0);
WSADATA wsData;
int nResult= WSAStartup(wVersion,&wsData);
if(nResult !=0)
{
//錯誤處理
}
2、創建套接字：（服務器端和客戶端）
SOCKET socket( int af, int type, int protocol );
af為網絡地址類型，一般為AF_INET，表示在Internet域中使用。
type為套接字類型，前面已經介紹了。
protocol為指定網絡協議，一般為IPPROTO_IP。
用法：
SOCKET sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_IP);
if(sock==INVALID_SOCKET)
{
//錯誤處理
}
3、套接字的綁定：將本地地址綁定到所創建的套接字上。（服務器端和客戶端）
int bind( SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen )
s為已經創建的套接字。
name為socket地址結構，為sockaddr結構，如前面討論的，我們一般使用sockaddr_in
結構，在使用再強制轉換為sockaddr結構。
namelen為地址結構的長度。
用法：
sockaddr_in addr;
addr. sin_family=AF_INET;
addr. sin_port= htons(0); //保證字節順序
addr. sin_addr.s_addr= inet_addr("192.1.8.84")
int nResult=bind(s,(sockaddr*)&addr,sizeof(sockaddr));
if(nResult==SOCKET_ERROR)
{
//錯誤處理
}
4、 套接字的監聽：（服務器端）
int listen(SOCKET s, int backlog )
s為一個已綁定但未聯接的套接字。
backlog為指定正在等待聯接的最大隊列長度，這個參數非常重要，因為服務器一般可
以提供多個連接。
用法：
int nResult=listen(s,5) //最多5個連接
if(nResult==SOCKET_ERROR)
{
//錯誤處理
}
5、套接字等待連接:：（服務器端）
SOCKET accept( SOCKET s, struct sockaddr FAR * addr, int FAR * addrlen )
s為處于監聽模式的套接字。
sockaddr為接收成功后返回客戶端的網絡地址。
addrlen為網絡地址的長度。
用法：
sockaddr_in addr;
SOCKET s_d=accept(s,(sockaddr*)&addr,sizeof(sockaddr));
if(s==INVALID_SOCKET)
{
//錯誤處理
}
6、套接字的連結：將兩個套接字連結起來準備通信。（客戶端）
int connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen )
s為欲連結的已創建的套接字。
name為欲連結的socket地址。
namelen為socket地址的結構的長度。
用法：
sockaddr_in addr;
addr. sin_family=AF_INET;
addr. sin_port=htons(0); //保證字節順序
addr. sin_addr.s_addr= htonl(INADDR_ANY) //保證字節順序
int nResult=connect(s,(sockaddr*)&addr,sizeof(sockaddr));
if(nResult==SOCKET_ERROR)
{
//錯誤處理
}
7、套接字發送數據：（服務器端和客戶端）
int send(SOCKET s, const char FAR * buf, int len, int flags )
s為服務器端監聽的套接字。
buf為欲發送數據緩沖區的指針。
len為發送數據緩沖區的長度。
flags為數據發送標記。
返回值為發送數據的字符數。
◆這里講一下這個發送標記，下面8中討論的接收標記也一樣：
flag取值必須為0或者如下定義的組合：0表示沒有特殊行為。
#define MSG_OOB 0x1 /* process out-of-band data */
#define MSG_PEEK 0x2 /* peek at incoming message */
#define MSG_DONTROUTE 0x4 /* send without using routing tables */
MSG_OOB表示數據應該帶外發送，所謂帶外數據就是TCP緊急數據。
MSG_PEEK表???使有用的數據復制到緩沖區內，但并不從系統緩沖區內刪除。
MSG_DONTROUTE表示不要將包路由出去。
用法：
char buf[]="xiaojin";
int nResult=send(s,buf,strlen(buf));
if(nResult==SOCKET_ERROR)
{
//錯誤處理
}
8、 套接字的數據接收：（客戶端）
int recv( SOCKET s, char FAR * buf, int len, int flags )
s為準備接收數據的套接字。
buf為準備接收數據的緩沖區。
len為準備接收數據緩沖區的大小。
flags為數據接收標記。
返回值為接收的數據的字符數。
用法：
char mess[1000];
int nResult =recv(s,mess,1000,0);
if(nResult==SOCKET_ERROR)
{
//錯誤處理
}
9、中斷套接字連接：通知服務器端或客戶端停止接收和發送數據。（服務器端和客戶端）
int shutdown(SOCKET s, int how)
s為欲中斷連接的套接字。
How為描述禁止哪些操作，取值為：SD_RECEIVE、SD_SEND、SD_BOTH。
#define SD_RECEIVE 0x00
#define SD_SEND 0x01
#define SD_BOTH 0x02
用法：
int nResult= shutdown(s,SD_BOTH);
if(nResult==SOCKET_ERROR)
{
//錯誤處理
}
10、 關閉套接字：釋放所占有的資源。（服務器端和客戶端）
int closesocket( SOCKET s )
s為欲關閉的套接字。
用法：
int nResult=closesocket(s);
if(nResult==SOCKET_ERROR)
{
//錯誤處理
}
與socket有關的一些函數介紹
1、讀取當前錯誤值：每次發生錯誤時，如果要對具體問題進行處理，那么就應該調用這個函數取得錯誤代碼。
int WSAGetLastError(void );
#define h_errno WSAGetLastError()
錯誤值請自己閱讀Winsock2.h。
2、將主機的unsigned long值轉換為網絡字節順序(32位)：為什么要這樣做呢？因為不同的計算機使用不同的字節順序存儲數據。因此任何從Winsock函數對IP地址和端口號的引用和傳給Winsock函數的IP地址和端口號均時按照網絡順序組織的。
u_long htonl(u_long hostlong);
舉例：htonl(0)=0
htonl(80)= 1342177280
3、將unsigned long數從網絡字節順序轉換位主機字節順序，是上面函數的逆函數。
u_long ntohl(u_long netlong);
舉例：ntohl(0)=0
ntohl(1342177280)= 80
4、將主機的unsigned short值轉換為網絡字節順序(16位)：原因同2：
u_short htons(u_short hostshort);
舉例：htonl(0)=0
htonl(80)= 20480
5、將unsigned short數從網絡字節順序轉換位主機字節順序，是上面函數的逆函數。
u_short ntohs(u_short netshort);
舉例：ntohs(0)=0
ntohsl(20480)= 80
6、將用點分割的IP地址轉換位一個in_addr結構的地址，這個結構的定義見筆記(一)，實際上就是一個unsigned long值。計算機內部處理IP地址可是不認識如192.1.8.84之類的數據。
unsigned long inet_addr( const char FAR * cp );
舉例：inet_addr("192.1.8.84")=1409810880
inet_addr("127.0.0.1")= 16777343
如果發生錯誤，函數返回INADDR_NONE值。
7、將網絡地址轉換位用點分割的IP地址，是上面函數的逆函數。
char FAR * inet_ntoa( struct in_addr in );
舉例：char * ipaddr=NULL;
char addr[20];
in_addr inaddr;
inaddr. s_addr=16777343;
ipaddr= inet_ntoa(inaddr);
strcpy(addr,ipaddr);
這樣addr的值就變為127.0.0.1。
注意意不要修改返回值或者進行釋放動作。如果函數失敗就會返回NULL值。
8、獲取套接字的本地地址結構：
int getsockname(SOCKET s, struct sockaddr FAR * name, int FAR * namelen );
s為套接字
name為函數調用后獲得的地址值
namelen為緩沖區的大小。
9、獲取與套接字相連的端地址結構：
int getpeername(SOCKET s, struct sockaddr FAR * name, int FAR * namelen );
s為套接字
name為函數調用后獲得的端地址值
namelen為緩沖區的大小。
10、獲取計算機名：
int gethostname( char FAR * name, int namelen );
name是存放計算機名的緩沖區
namelen是緩沖區的大小
用法：
char szName[255];
memset(szName,0,255);
if(gethostname(szName,255)==SOCKET_ERROR)
{
//錯誤處理
}
返回值為：szNmae="xiaojin"
11、根據計算機名獲取主機地址：
struct hostent FAR * gethostbyname( const char FAR * name );
name為計算機名。
用法：
hostent * host;
char* ip;
host= gethostbyname("xiaojin");
if(host->h_addr_list[0])
{
struct in_addr addr;
memmove(&addr, host->h_addr_list[0]，4);
//獲得標準IP地址
ip=inet_ ntoa (addr);
}
返回值為：hostent->h_name="xiaojin"
hostent->h_addrtype=2 //AF_INET
hostent->length=4
ip="127.0.0.1"
Winsock 的I/O操作：
1、 兩種I/O模式
阻塞模式：執行I/O操作完成前會一直進行等待，不會將控制權交給程序。套接字 默認為阻塞模式?？梢酝ㄟ^多線程技術進行處理。
非阻塞模式：執行I/O操作時，Winsock函數會返回并交出控制權。這種模式使用 起來比較復雜，因為函數在沒有運行完成就進行返回，會不斷地返回 WSAEWOULDBLOCK錯誤。但功能強大。
為了解決這個問題，提出了進行I/O操作的一些I/O模型,下面介紹最常見的三種：
2、select模型：
通過調用select函數可以確定一個或多個套接字的狀態，判斷套接字上是否有數據，或
者能否向一個套接字寫入數據。
int select( int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds,
fd_set FAR *exceptfds, const struct timeval FAR * timeout );
◆先來看看涉及到的結構的定義：
a、 d_set結構：
#define FD_SETSIZE 64?
typedef struct fd_set {
u_int fd_count; /* how many are SET? */
SOCKET fd_array[FD_SETSIZE]; /* an array of SOCKETs */
} fd_set;
fd_count為已設定socket的數量
fd_array為socket列表，FD_SETSIZE為最大socket數量，建議不小于64。這是微軟建
議的。
B、timeval結構：
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* and microseconds */
};
tv_sec為時間的秒值。
tv_usec為時間的毫秒值。
這個結構主要是設置select()函數的等待值，如果將該結構設置為(0,0)，則select()函數
會立即返回。
◆再來看看select函數各參數的作用：
nfds：沒有任何用處，主要用來進行系統兼容用，一般設置為0。
readfds：等待可讀性檢查的套接字組。
writefds；等待可寫性檢查的套接字組。
exceptfds：等待錯誤檢查的套接字組。
timeout：超時時間。
函數失敗的返回值：
調用失敗返回SOCKET_ERROR,超時返回0。
readfds、writefds、exceptfds三個變量至少有一個不為空，同時這個不為空的套接字組
種至少有一個socket，道理很簡單，否則要select干什么呢。
舉例：測試一個套接字是否可讀：
fd_set fdread;
//FD_ZERO定義
// #define FD_ZERO(set) (((fd_set FAR *)(set))->fd_count=0)
FD_ZERO(&fdread);
FD_SET(s,&fdread)； //加入套接字，詳細定義請看winsock2.h
if(select(0,%fdread,NULL,NULL,NULL)>0
{
//成功
if(FD_ISSET(s,&fread) //是否存在fread中，詳細定義請看winsock2.h
{
//是可讀的
}
}
◆I/O操作函數：主要用于獲取與套接字相關的操作參數。
int ioctlsocket(SOCKET s, long cmd, u_long FAR * argp );
s為I/O操作的套接字。
cmd為對套接字的操作命令。
argp為命令所帶參數的指針。
常見的命令： //確定套接字自動讀入的數據量
#define FIONREAD _IOR(''''f'''', 127, u_long) /* get # bytes to read */
//允許或禁止套接字的非阻塞模式，允許為非0，禁止為0
#define FIONBIO _IOW(''''f'''', 126, u_long) /* set/clear non-blocking i/o */
//確定是否所有帶外數據都已被讀入
#define SIOCATMARK _IOR(''''s'''', 7, u_long) /* at oob mark? */
3、WSAAsynSelect模型：
WSAAsynSelect模型也是一個常用的異步I/O模型。應用程序可以在一個套接字上接收以
WINDOWS消息為基礎的網絡事件通知。該模型的實現方法是通過調用WSAAsynSelect函
數 自動將套接字設置為非阻塞模式，并向WINDOWS注冊一個或多個網絡時間，并提供一
個通知時使用的窗口句柄。當注冊的事件發生時，對應的窗口將收到一個基于消息的通知。
int WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd, u_int wMsg, long lEvent);
s為需要事件通知的套接字
hWnd為接收消息的窗口句柄
wMsg為要接收的消息
lEvent為掩碼，指定應用程序感興趣的網絡事件組合，主要如下：
#define FD_READ_BIT 0
#define FD_READ (1 << FD_READ_BIT)
#define FD_WRITE_BIT 1
#define FD_WRITE (1 << FD_WRITE_BIT)
#define FD_OOB_BIT 2
#define FD_OOB (1 << FD_OOB_BIT)
#define FD_ACCEPT_BIT 3
#define FD_ACCEPT (1 << FD_ACCEPT_BIT)
#define FD_CONNECT_BIT 4
#define FD_CONNECT (1 << FD_CONNECT_BIT)
#define FD_CLOSE_BIT 5
#define FD_CLOSE (1 << FD_CLOSE_BIT)
用法：要接收讀寫通知：
int nResult= WSAAsyncSelect(s,hWnd,wMsg,FD_READ|FD_WRITE)；
if(nResult==SOCKET_ERROR)
{
//錯誤處理
}
取消通知：
int nResult= WSAAsyncSelect(s,hWnd,0，0)；
當應用程序窗口hWnd收到消息時，wMsg.wParam參數標識了套接字，lParam的低字標明
了網絡事件，高字則包含錯誤代碼。
4、WSAEventSelect模型
WSAEventSelect模型類似WSAAsynSelect模型，但最主要的區別是網絡事件發生時會被發
送到一個事件對象句柄，而不是發送到一個窗口。
使用步驟如下：
a、 創建事件對象來接收網絡事件：
#define WSAEVENT HANDLE
#define LPWSAEVENT LPHANDLE
WSAEVENT WSACreateEvent( void );
該函數的返回值為一個事件對象句柄，它具有兩種工作狀態：已傳信(signaled)和未傳信
(nonsignaled)以及兩種工作模式：人工重設(manual reset)和自動重設(auto reset)。默認未
未傳信的工作狀態和人工重設模式。
b、將事件對象與套接字關聯，同時注冊事件，使事件對象的工作狀態從未傳信轉變未
已傳信。
int WSAEventSelect( SOCKET s,WSAEVENT hEventObject,long lNetworkEvents );
s為套接字
hEventObject為剛才創建的事件對象句柄
lNetworkEvents為掩碼，定義如上面所述
c、I/O處理后，設置事件對象為未傳信
BOOL WSAResetEvent( WSAEVENT hEvent );
Hevent為事件對象
成功返回TRUE，失敗返回FALSE。
d、等待網絡事件來觸發事件句柄的工作狀態：
DWORD WSAWaitForMultipleEvents( DWORD cEvents,
const WSAEVENT FAR * lphEvents, BOOL fWaitAll,
DWORD dwTimeout, BOOL fAlertable );
lpEvent為事件句柄數組的指針
cEvent為為事件句柄的數目，其最大值為WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS
fWaitAll指定等待類型：TRUE：當lphEvent數組重所有事件對象同時有信號時返回；
FALSE：任一事件有信號就返回。
dwTimeout為等待超時（毫秒）
fAlertable為指定函數返回時是否執行完成例程
對事件數組中的事件進行引用時，應該用WSAWaitForMultipleEvents的返回值，減去
預聲明值WSA_WAIT_EVENT_0，得到具體的引用值。例如：
nIndex=WSAWaitForMultipleEvents(…);
MyEvent=EventArray[Index- WSA_WAIT_EVENT_0];
e、判斷網絡事件類型：
int WSAEnumNetworkEvents( SOCKET s,
WSAEVENT hEventObject, LPWSANETWORKEVENTS lpNetworkEvents );
s為套接字
hEventObject為需要重設的事件對象
lpNetworkEvents為記錄網絡事件和錯誤代碼，其結構定義如下：
typedef struct _WSANETWORKEVENTS {
long lNetworkEvents;
int iErrorCode[FD_MAX_EVENTS];
} WSANETWORKEVENTS, FAR * LPWSANETWORKEVENTS;
f、關閉事件對象句柄：
BOOL WSACloseEvent(WSAEVENT hEvent);
調用成功返回TRUE，否則返回FALSE。
posted on 2010-01-09 00:15
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